[发明专利]2,5-呋喃二甲酸二甲酯和其他酯化产物的纯化

说明书

披露了用于通过结晶纯化包含2,5‑呋喃二甲酸二甲酯(FDME)或2,5‑呋喃二甲酸(FDCA)的其他二酯衍生物(例如，二烷基酯衍生物)的粗组合物的方法。在这方面，已经发现某些溶剂和溶剂类别促进了FDME相对于在其生产中通过FDCA酯化和其他上游加工步骤经常产生的杂质的选择性结晶。重要的是，选择性去除的某些杂质包括否则将对纯化的组合物的颜色和/或颜色稳定性有害的那些。结晶的其他改进在于使用如液‑液萃取和通过与固体介质接触来预处理结晶溶液的技术。

发明领域

本发明涉及用于纯化生物基单体、并且特别是酯化单体如2,5-呋喃二甲酸二甲酯(FDME)的方法，这些单体可用于生产生物基聚合物如聚(对苯二甲酸亚烷基酯)聚合物。

发明背景

化石燃料的枯竭极大地刺激了寻找用于合成所谓的“平台”分子的石油基碳的可替代资源，这些“平台”分子可以充当用于商业价值产品的构造单元。生物质目前被认为是潜在的替代品，从其中可以衍生出许多此类高价值的化学品，但用于从可再生资源生产此类化学品的可持续技术的发展仍然是一个重大挑战。

生物基单体2,5-呋喃二甲酸(FDCA)及其甲酯衍生物2,5-呋喃二甲酸二甲酯(FDME)被认为是生产聚(呋喃二甲酸亚烷基酯)聚合物的重要起始材料，聚(呋喃二甲酸亚烷基酯)聚合物可以代替其已知的、大量生产的石油衍生类似物，即聚(对苯二甲酸亚烷基酯)聚合物如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。生物基聚(呋喃二甲酸亚烷基酯)聚合物的显著实例是通过FDCA或FDME与乙二醇的反应获得的聚(呋喃二甲酸乙二醇酯)、或PEF。这种生物基塑料相对于其石油衍生类似物PET在许多方面展现出优异的特性，特别是在包装领域。例如，PEF和PET的共混物可以提供对于CO₂和O₂的改进的阻隔特性，从而与纯PET相比延长了保质期，并且为易受氧化降解的产品(如啤酒)提供了可接受的容器。PEF的其他包装应用包括用于制造袋、裹包材和具有高机械强度和可回收性的热收缩材料的膜。

一般而言，FDCA和FDME两者都是生产具有作为塑料、纤维、涂料、粘合剂、个人护理产品、和润滑剂的多种应用的聚酰胺、聚氨酯、和聚酯的有用平台分子。对于由这些单体制备的聚合物，一个重要的考虑因素是它们的颜色和颜色稳定性，即随时间推移对颜色退化的抗性，特别是由于暴露于热和氧气(例如，空气)的组合而导致的颜色退化。颜色(或更适当地没有颜色)对于应用(如食品包装并且特别是饮料瓶制造)是重要的，其中塑料缺乏透明度或可能的黄度容易被察觉到并且通常等同于劣质产品。为此，已经认识到使用酯化单体FDME在产生最终聚(呋喃二甲酸亚烷基酯)聚合物的更好颜色以及更易于处理和加工方面提供了优于FDCA的优势。就防止否则可能发生的羟醛缩合反应而言，通过酯化改善颜色可能至少部分地是由于酯化产物的稳定性改善。

通过与适当的醇(例如，甲醇)反应将FDCA转化为其二烷基酯衍生物(例如，其二甲酯衍生物，FDME)的已知方法披露于例如WO 2017/019431中，并且此类方法包括反应后结晶步骤以增加FDME纯度。用于酯化FDCA的反应蒸馏方法披露于US 2019/0031634中，其中将蒸馏与酯化反应相结合以试图提供具有增加的纯度的FDME产物。另一方面，US 9,169,229描述了获得纯化的FDME(称为“DMFD”)和其他酯化衍生物的一系列步骤，并且此类步骤包括物理分离(例如，蒸馏以除去过量的醇)和固-液分离，以及任选的干燥或结晶。据称所披露的组合物具有改善的颜色和降低的杂质浓度，这些组合物包含不超过0.8wt-％的5-甲酰基-2-呋喃甲酸甲酯(称为“5-甲酰基呋喃-2-甲酸甲酯”)。

FDME以及FDCA的其他二酯衍生物的品质的改进是确立聚(呋喃二甲酸亚烷基酯)聚合物为其石油基对应物的商业上可行的替代物的总体努力的关键。然而，尽管迄今为止已经进行了努力，但是获得具有足够纯度的此类二酯衍生物仍然是相当大的挑战，尤其是在制造具有会被市场接受的颜色特征的生物基塑料终产品方面。

概述